CN209692434U - 一种具有调压功能的低成本无线电能传输装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有调压功能的低成本无线电能传输装置，包括发射部分和接收部分，发射部分包括与电源连接的不对称半桥逆变电路，不对称半桥逆变电路的两个桥臂联结点连接补偿电路，补偿电路的输出端连接发射线圈谐振电路；接收部分包括接收线圈，接收线圈连接整流滤波电路，整流滤波电路的输出端连接电池；其中整流滤波电路的整流电路采用两个二极管组成的整流电路，接收线圈的一端为信号输出端，另一端接电池负极，第一二极管的阴极和第二二极管的阳极连接接收线圈的输出信号端，第一二极管的阳极接电池负极，第二二极管的阴极连接电池正极。本新型减少了电路复杂度，提高了传输效率。

Description

一种具有调压功能的低成本无线电能传输装置

技术领域

本实用新型属于电能传输装置技术领域，具体涉及一种具有调压功能的低成本无线电能传输装置。

背景技术

无线电能传输是近几年来兴起的被广泛研究的一种新型能量供应方式。现有无线电能传输装置多采用全桥逆变装置给耦合线圈提供高频交流电。为了改变输出电压需在全桥逆变装置前或在整流输出后加用于电压转换的DC-DC转换电路，增加了器件数量，降低了系统效率。

半桥逆变电路和全桥逆变电路的特点如下。半桥逆变电路有两个桥臂，半桥电路由一个臂就可以形成正/负半波，每个逆变模块和其他臂上的功率管不发生任何关系。全桥逆变电路可看成由两个半桥电路组成。半桥逆变电路的输出本身就是具有中线的三相四线制结构，一般采用高频调制脉冲进行控制，不用加输出变压器，而全桥电路为实现输入输出之间的电气隔离和得到合适的输出电压幅值，务必在输出端接有输出变压器。半桥逆变电路优点是使用开关器件少，电路实现简单，不足的是其输出交流电压幅值只有U_d/2，直流侧需两电容串联，工作时要注意两侧直流电压均衡，否则容易引起器件发生故障。全桥逆变电路优点是电压不高，输出功率大，不足的是使用的开关器件多，驱动较复杂，使用于大功率的逆变器。

现有的无线电能传输装置采用全桥逆变电路需在全桥逆变装置前或在整流输出后加电压转换电路，增加了器件数量，降低了系统效率故转而采用不对称半桥加接收端整流，当电源有功率输出时，功率传输至电池，当电源没有功率输出时，两个线圈只是振荡，没有功率输出，如果接收端采用常用的半桥或全桥整流，整个周期内都会有功率输出，但是电源会有半个周期没有功率输出，这样效率比较低。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：解决目前无线电能传输装置器件数量多以及接收端采用传统整流电路设置降低了系统传输效率的问题，提出了一种具有调压功能的低成本无线电能传输装置。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种具有调压功能的低成本无线电能传输装置，包括发射部分和接收部分，

发射部分包括与电源连接的不对称半桥逆变电路，不对称半桥逆变电路的两个MOS器件分别连接互补的第一驱动信号和第二驱动信号，不对称半桥逆变电路的桥臂联结点连接补偿电路，补偿电路的输出端连接发射线圈谐振电路；接收部分包括接收线圈，接收线圈连接整流滤波电路，整流滤波电路的输出端连接电池；

其中整流滤波电路的整流电路采用两个二极管组成的整流电路，接收线圈的一端为信号输出端，另一端接电池负极，第一二极管的阴极和第二二极管的阳极连接接收线圈的输出信号端，第一二极管的阳极接电池负极，第二二极管的阴极连接电池正极。

进一步，所述整流滤波电路的滤波电路为两个电容组成的整流滤波电路，具体电路为：接收线圈的信号输出端连接第一电容的一端，另一端接电池负极，第一电容的另一端连接第一二极管的阴极和第二二极管的阳极，第一二极管的阳极接电池负极，第二二极管的阴极连接第二电容的一端和电池正极，第二电容的另一端连接电池负极。

进一步，所述补偿电路采用LC补偿电路，具体电路如下：不对称半桥逆变电路的两个桥臂联结点联结串联电感，串联电感的另一端连接串联电容和并联电容的一端，并联电容的另一端接电源负极，串联电容的另一端接发射线圈的一端，发射线圈的另一端接电源负极。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型中，实现了采用由两个MOS组成不对称半桥逆变器的无线电能传输装置，减少了功率MOS的个数，减少了高频整流二极管的个数，实现了输出电压的调节，不需增加输出电压转换电路模块，改变S1、S2的占空比就可以改变输出电压，较少了电路复杂度，性能更加稳定。

2、本实用新型中，现有的方案采用的传统的半桥或全桥整流，当电源有功率输出时，功率传输至电池，当电源没有功率输出时，两个线圈只是振荡，没有功率输出，如果接收端采用半桥或全桥整流，整个周期内都会有功率输出，但是电源会有半个周期没有功率输出，这样效率比较低。本方案采用2个二极管组成的整流电路，当接收线圈为正半周期时，D2导通，实现对电池的充电，当接收线圈为负半周期时，D1导通，此时只为谐振线圈提供谐振回路，没有电流输出，避免了上述电源负半周期时输出端依然输出的效率低的情况。

3、本实用新型中，补偿电路采用简化的补偿电路，在达到本电路目的的基础上最大限度减少了器件使用的数量。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型无线电能传输装置电路示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型，即所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

一种具有调压功能的低成本无线电能传输装置，包括发射部分和接收部分，

发射部分包括与电源连接的不对称半桥逆变电路，不对称半桥逆变电路的两个MOS器件分别连接互补的第一驱动信号和第二驱动信号，不对称半桥逆变电路的两个桥臂的联结点连接补偿电路，补偿电路的输出端连接发射线圈谐振电路；

接收部分包括接收线圈，接收线圈连接整流滤波电路，整流滤波电路的输出端连接电池。

第一驱动信号和第二驱动信号一般采用正弦矩形波信号。

所述整流滤波电路为两个电容与两个二极管组成的整流滤波电路，具体电路为：接收线圈的一端接电池负极，另一端(即信号输出端)连接第一电容的一端，第一电容的另一端连接第一二极管的阴极和第二二极管的阳极，第一二极管的阳极接电池负极，第二二极管的阴极连接第二电容的一端和电池正极，第二电容的另一端连接电池负极。此处滤波电路也可以采用其它常用的或效果相同的滤波电路。但是采用两个电容的滤波是最佳的，在达到电路接收端整流滤波目的的基础上减少了器件使用的数量。

现有的方案采用的传统的半桥或全桥整流，当电源有功率输出时，功率传输至电池，当电源没有功率输出时，两个线圈只是振荡，没有功率输出，如果接收端采用半桥或全桥整流，整个周期内都会有功率输出，但是电源会有半个周期没有功率输出，这样效率比较低。本方案采用2个二极管组成的整流电路，当接收线圈为正半周期时，D2导通，实现对电池的充电，当接收线圈为负半周期时，D1导通，此时只为谐振线圈提供谐振回路，没有电流输出，避免了上述电源负半周期时输出端依然输出的效率低的情况。

进一步，所述补偿电路采用LC补偿电路，具体电路如下：不对称半桥逆变电路的两个桥臂联结点联结串联电感，串联电感的另一端连接串联电容和并联电容的一端，并联电容的另一端接电源负极，串联电容的另一端接发射线圈的一端，发射线圈的另一端接电源负极。此处补偿电路也可以采用其它常用的或效果相同的补偿电路，如LCC补偿电路、LCCL-LCCL，S-S，S-P补偿电路等。但是采用本方案是最佳的，在达到补偿电路目的的基础上最大限度减少了器件使用的数量。

本实用新型中，实现了采用由两个MOS组成不对称半桥逆变器的无线电能传输装置，减少了功率MOS的个数，减少了高频整流二极管的个数，实现了输出电压的调节，不需增加输出电压转换电路模块，改变S1、S2的占空比就可以改变输出电压，较少了电路复杂度，性能更加稳定。

以下结合实施例对本实用新型的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

本实用新型较佳实施例提供的一种具有调压功能的低成本无线电能传输装置，如图1所示，发射部分包括与电源连接的不对称半桥逆变电路，不对称半桥逆变电路的两个MOS器件分别连接互补的第一驱动信号S1和第二驱动信号S2，不对称半桥逆变电路的两个桥臂联结点连接补偿电路，补偿电路的输出端连接发射线圈L_p谐振电路；

接收部分包括接收线圈L₂，接收线圈L₂连接整流滤波电路，整流滤波电路的输出端连接电池。

所述整流滤波电路为两个电容与两个二极管组成的整流滤波电路，具体电路为：接收线圈L₂的一端接电池负极，另一端连接第一电容C₁的一端，第一电容C₁的另一端连接第一二极管D₁的阴极和第二二极管D₂的阳极，第一二极管D₁的阳极接电池负极，第二二极管D₂的阴极连接第二电容C₂的一端和电池正极，第二电容C₂的另一端连接电池负极。

所述补偿电路采用LC补偿电路，具体电路为：不对称半桥逆变电路的两个桥臂联结点联结串联电感L_s，串联电感L_s的另一端连接串联电容C_s和并联电容C_p的一端，并联电容C_p的另一端接电源负极，串联电容C_s的另一端接发射线圈L_p的一端，发射线圈L_p的另一端接电源负极。

在使用电路进行无线电能传输时，电路的设置和使用方法如下：

S1、S2为互补的驱动信号，通过Q1、Q2的互补导通实现了直流到高频交流的转换。通过发射线圈谐振网络将电能传送至接收端。当接收线圈为正半周期时，D₂导通，实现对电池的充电。当接收线圈为负半周期时，D₁导通，此时只为谐振线圈提供谐振回路，没有电流输出。

为了保证系统传输效率，驱动信号S1、S2的频率为保证X_Ls-X_Cp＝0，X_Lp-X_Cs-X_Cp＝0，X_L2-X_C1＝0，其中X表示阻抗，此时满足发射端和接收端谐振条件，当保证发射端和接收端谐振时，系统的传输效率最高，达到了提高现有无线电能传输装置传输效率的目的。

为防止Q1、Q2直通烧坏MOS，驱动信号S1、S2加入死区时间，以保证一个管子必须在另一个管子关断一定时间后方能开启。

改变S1、S2的占空比就可以改变输出电压，其中S1的占空比不能小于50％，S2的占空比不能大于50％，同时得确保S1、S2为互补及死区时间的足够，此设置进一步保证线圈的振荡。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种具有调压功能的低成本无线电能传输装置，包括发射部分和接收部分，其特征在于：

发射部分包括与电源连接的不对称半桥逆变电路，不对称半桥逆变电路的两个MOS器件分别连接互补的第一驱动信号和第二驱动信号，不对称半桥逆变电路的桥臂联结点连接补偿电路，补偿电路的输出端连接发射线圈谐振电路；接收部分包括接收线圈，接收线圈连接整流滤波电路，整流滤波电路的输出端连接电池；

其中整流滤波电路的整流电路采用两个二极管组成的整流电路，接收线圈的一端为信号输出端，另一端接电池负极，第一二极管的阴极和第二二极管的阳极连接接收线圈的输出信号端，第一二极管的阳极接电池负极，第二二极管的阴极连接电池正极。

2.根据权利要求1所述的一种具有调压功能的低成本无线电能传输装置，其特征在于：所述整流滤波电路的滤波电路为两个电容组成的整流滤波电路，具体电路为：接收线圈的信号输出端连接第一电容的一端，另一端接电池负极，第一电容的另一端连接第一二极管的阴极和第二二极管的阳极，第一二极管的阳极接电池负极，第二二极管的阴极连接第二电容的一端和电池正极，第二电容的另一端连接电池负极。

3.根据权利要求1所述的一种具有调压功能的低成本无线电能传输装置，其特征在于：所述补偿电路采用LC补偿电路，具体电路如下：不对称半桥逆变电路的两个桥臂联结点联结串联电感，串联电感的另一端连接串联电容和并联电容的一端，并联电容的另一端接电源负极，串联电容的另一端接发射线圈的一端，发射线圈的另一端接电源负极。